项目1土方工程

1、授课教师：童振龙授课教师：童振龙授课学时：授课学时：6学时学时能力目标n能编制场地平整方案。n能编制土方开挖与回填方案。n能进行土方开挖的定位与放线。n能进行土方工程质量验收和安全管理。知识目标知识目标n熟悉土的工程分类和性质。n掌握土方边坡、土方工程量计算、场地设计标高的确定和土方调配等问题。n掌握土壁稳定、施工排水、流沙防治和填土压实的方法。n掌握常用土方机械的类型、性能及提高生产效率的措施。工作任务工作任务1.1 场地平整场地平整 1.2 基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.3 土方回填土方回填 本本 章章 内内 容容预备知识预备知识 预备知识预备知识n1.土的工程分类 按土开挖的难易程度

2、将土分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石等八类。 前4类属一般土，机械或人工直接开挖； 后4类属岩石，爆破开挖； 土的分类方法及现场鉴别方法见表1-1。预备知识预备知识土的分类土的级别土的名称开挖方法及工具一类土松软土I砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥（泥炭）用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬二类土普通土II粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂；种植土、填土用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松三类土坚土III软及中等密实粘土；重粉质粘土、砾石土；干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质粘土；压实的填土主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍四类土砂砾坚土IV坚硬密实的粘性土

3、或黄土；含碎石卵石的中等密实的粘性土或黄土；粗卵石；天然级配砂石；软泥灰岩整个先用镐、撬棍，后用锹挖掘，部分用楔子及大锤预备知识预备知识五类土软石VVI硬质粘土；中密的页岩、泥灰岩、白奎土；胶结不紧的砾岩；软石灰及贝壳石灰石用镐或撬棍、大锤挖掘，部分使用爆破方法六类土次坚石VIIIX泥岩、砂岩、砾岩；坚实的页岩、泥灰岩，密实的石灰岩；风化花岗岩、片麻岩及正长岩用爆破方法开挖，部分用风镐七类土坚石XXIII大理石；辉绿岩；粉岩；粗、中粒花岗岩；坚实的白云岩、砂岩、砾岩、片麻岩、石灰岩；微风化安山岩；玄武岩用爆破方法开挖八类土特坚石XIVXVI安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花岗岩、石英岩、

4、辉长岩、粉岩、角闪岩用爆破方法开挖预备知识预备知识n2.土的工程性质 （1）土的密度 土的天然密度: 在天然状态下，单位体积土的质量。它与土的密实程度和含水量有关。 干密度: 土的固体颗粒质量与总体积的比值，用下式表示： 工程上常把干密度用于检验填土压实质量的控制标准。vmvmsd预备知识预备知识 （2）土的可松性 土的可松性：天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即：式中 KS、KS土的最初、最终可松性系数； V1 土在天然状态下的体积，m3； V2 土挖出后在松散状态下的体积，m3； V3 土经压(夯)实

5、后的体积，m3。 21sVKV31sVKVV1V2V2 V1V2 V3 V1V3预备知识预备知识 （3）土的压缩性 取土回填或移挖作填，松土经运输、填压以后，均会压缩， 一般土的压缩性以土的压缩率表示。 土的类别土的名称土的压缩率每m3松散土压实后的体积（m3） 一二类土种植土20%0.80一般土10%0.90砂土5%0.95三类土天然湿度黄土12%17%0.85一般土5%0.95干燥坚实黄士5%7%0.94预备知识预备知识 （4）土的含水量 土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率。 -100%100%wsmmmWmm干湿干预备知识预备知识 （5）土的渗透性 土的渗透性：指土体被水

6、透过的性质。土的渗透性用渗透系数表示。 渗透系数：表示单位时间内水穿透土层的能力，以m/d表示；它同土的颗粒级配、密实程度等有关，是人工降低地下水位及选择各类井点的主要参数。n3.土方工程施工中常用的土方机械 （1）推土机施工 特点： 操作灵活，运转方便，所需工作面较小，行驶速度快，易于转移。 适用范围：场地平整、开挖深不大于1.5m的基坑（槽）、短距离移挖作填，回填基坑（槽）、管沟并压实、堆筑高1.5m内的路基、堤坝、推掘一四类土预备知识预备知识预备知识预备知识下坡推土预备知识预备知识并列推土预备知识预备知识槽型推土预备知识预备知识多铲集运预备知识预备知识 （2）铲运机施工 特点： 操作简单

7、灵活，不受地形限制，不需特设道路，准备工作简单，能独立工作，不需其他机械配合能完成铲土、运土、卸土、填筑、压实等工序，行驶速度快，易于转移；需用劳力少，动力少，生产效率高 适用范围：开挖大型基坑（槽）、管沟，填筑路基等。但不适于砾石层、冻土地带及沼泽地区使用 分类：自行式、拖式 预备知识预备知识自行式预备知识预备知识拖式（b）“ 8 ”字形路线字形路线（a）环形路线）环形路线预备知识预备知识 （3）单斗挖土机施工分类分类：按工作装置的不同，分为：正铲、反铲、拉铲、抓铲挖土机； 按操作机构的不同，分为机械式和液压式挖土机。 正铲正铲反铲反铲拉铲拉铲抓铲抓铲预备知识预备知识机械名称、特性 作业特点

8、及辅助机械 适用范围 正铲挖掘机 装车轻便灵活，回转速度快，移位方便；能挖掘坚硬土层，易控制开挖尺寸，工作效率高 1作业特点（1）开挖停机面以上土方（2）工作面应在1.5m以上（3）开挖高度超过挖土机挖掘高度时，可采取分层开挖（4）装车外运 2辅助机械（1）土方外运应配备自卸汽车，工作面应有推土机配合平土、集中土方进行联合作业1开挖含水量不大于27%的一四类土和经爆破后的岩石与冻土碎块2大型场地整平土方3工作面狭小且较深的大型管沟和基槽路堑4独立基坑5边坡开挖预备知识预备知识预备知识预备知识预备知识预备知识机械名称、特性 作业特点及辅助机械 适用范围 反铲挖掘机 操作灵活，挖土、卸土均在地面作

9、业，不用开运输道 1作业特点（1）开挖地面以下深度不大的土方；（2）最大挖土深度46m，经济合理深度为1.53m（3）可装车和两边甩土、堆放（4）较大较深基坑可用多层接力挖土 2辅助机械（1）土方外运应配备自卸汽车，工作面应有推土机配合推到附近堆放1开挖含水量大的一三类的砂土或粘土2管沟和基槽3独立基坑4边坡开挖预备知识预备知识预备知识预备知识机械名称、特性 作业特点及辅助机械 适用范围 拉铲挖掘机 可挖深坑，挖掘半径及卸载半径大，操纵灵活性较差 1.作业特点（1）开挖停机面以下土方（2）可装车和甩土（3）开挖截面误差较大（4）可将土甩在基坑（槽）两边较远处堆放 2.辅助机械（1）土方外运需配

10、备自卸汽车、推土机，创造施工条件1.挖掘一三类土，开挖较深较大的基坑（槽）、管沟2.大量外借土方3.填筑路基、堤坝4.挖掘河床5.不排水挖取水中泥土 抓铲挖掘机 钢绳牵拉灵活性较差，工效不高，不能挖掘坚硬土；可以装在简易机械上工作，使用方便 1.作业特点（1）开挖直井或沉井土方（2）可装车或甩土（3）排水不良也能开挖（4）吊杆倾斜角度应在45以上，距边坡应不小于2m 2.辅助机械 土方外运时，按运距配备自卸汽车1.土质比较松软，施工面较狭窄的深基坑、基槽2.水中挖取土，清理河床3.桥基、桩孔挖土4.装卸散装材料预备知识预备知识预备知识预备知识预备知识预备知识1.1场地平整场地平整n1.1.1

11、准备工作 场地平整就是将天然地面改造成场地设计所要求的平地面。场地平整的基本原则是总挖方量等于总填方量，即场内挖填平衡，场地内挖方工程量等于填方工程量。 1.1场地平整场地平整n1.1.2 场地平整的土方量计算 1.1.2.1划分方格网依据已有地形图（一般用1/500的地形图）划分成边长相等的若干个方格网，尽量与测量的纵横坐标网对应，方格网一般采用20m*20m40m*40m。 右上角：设计地面标高 右下角：自然地面标高 左上角：以上两者差值，挖方为（-），填方为（+）。1.1场地平整场地平整1.1.2.2计算零点位置 在一个方格网内同时有填方或挖方时，应先算出方格网边上的零点的位置，并标注于

12、方格网上，连接零点即得填方区与挖方区的分界线（即零线）。 零点的位置按下式计算：1112hxahh2212hxahh零点位置计算示意图 1.1场地平整场地平整1.1.2.3计算方格挖、填方量 按方格网底面积图形和表1-4所列体积计算公式计算每个方格内的挖方或填方量，有关计算公式见表1-4。 常用方格网点计算公式 表1-41112hxahh1.1场地平整场地平整1112hxahh1.1场地平整场地平整1.1.2.4边坡工程量计算 用于平整场地、修筑路基、路堑的边坡挖、填土方量计算，常用图算法。 图算法系根据地形图和边坡竖向布置图或现场测绘，将要计算的边坡划分为两种近似的几何形体（图1-12），一

13、种为三角棱体（如体积、）；另一种为三角棱柱体（如体积）。1.1场地平整场地平整1112hxahh图1-12 场地边坡计算简图 1.1场地平整场地平整A A、三角棱锥体边坡体积：、三角棱锥体边坡体积：11 113VAlB B、三角棱柱体边坡体积：、三角棱柱体边坡体积：两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积：两端横断面面积相差很大的情况下，边坡体积： 12442AAVl44102(4)6lVAAA1.1.2.5计算土方量汇总 将挖方区(或填方区)所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得该场地挖方和填方的总土方量。1.1场地平整场地平整n1.1.3 土方平衡调配1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖

14、n1.2.1 建筑物的定位与放线 基坑（槽）的施工，首先应进行房屋定位和标高引测，然后根据基础的底面尺寸、埋置深度、土质好坏、地下水位的高低及季节性变化等不同情况，考虑施工需要，确定是否需要留工作面、放坡、增加排水设施和设置支撑，从而定出挖土边线和进行放线工作。 基槽放线： 柱基放线：1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖n1.2.2 确定开挖方式 1.2.2.1 直立壁开挖 当地质条件良好，土质均匀且地下水位低于基坑（槽）底面标高时，挖方边坡可做成直立壁不加支撑。 1.2.2.2 放坡开挖 放坡开挖适合于基坑四周空旷、有足够的放坡场地，周围没有建筑设施或地下管线的情况。在软弱地基条件下，不宜挖深

15、过大，一般控制在6至7m，在坚硬土中，则不受此限制。 土方边坡的坡度是以土方挖方深度H与底宽B之比表示.即H:B=1:m,m为边坡系数。 边坡可做成直线型、折线型、踏步形1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.3 基坑（槽）支护 基坑（槽）支护结构的形式有多种，根据受力状态可分为横撑式支护结构、板桩式支护结构和重力式支护结构等。 1. 横撑式支护结构 沟槽采用横撑式支撑根据挡土板的不同，分为水平挡土板和垂直挡土板。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 2. 板桩式支护结构 板式支护结构由两大系统组成：挡墙系统和支撑(或拉锚)系统，悬臂式板桩支护结构则不设

16、支撑(或拉锚)。1板桩墙；2围檩；3钢支撑；4斜撑；5拉锚； 6土锚杆；7先施工的基础；8竖撑1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 挡墙系统常用的材料有型钢、钢板桩、钢筋混凝土板桩、灌注桩及地下连续墙等。 钢板桩有平板形和波浪形两种。 支撑系统一般采用大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。拉锚系统的材料一般用钢筋、钢索、型钢或土锚杆。 （1）钢板桩施工 1）单独打入法 2）围檩插桩法 3）分段复打法（2 ）拉锚系统施工 1）拉锚 2）土层锚杆1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 3. 重力式支护结构 水泥土搅拌桩（或称为深层搅拌桩）支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构

17、。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩）。用于支护结构的水泥土其水泥掺量通常12%15%（单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比），水泥土的强度可达0.81.2MPa，其渗透系数很小，一般不大于106cm/s。由水泥土搅拌桩搭接而形成水泥土墙，它既具有挡土作用，又兼有隔水作用。它适用于46m深的基坑，最大可达78m。 搅拌桩成桩工艺可采用“一次喷浆、二次搅拌”或“二次喷浆、三次搅拌”工艺，主要依据水泥掺入比及土质情况而定。水泥掺量较小，土质较松时，可用前者，反之可用后者。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖n深层搅拌桩机机组深层搅拌桩机机组 n1主机；2机架；3灰浆拌制

18、机；4集料斗；5灰浆泵；6贮水池； n7冷却水泵；8道轨；9导向管；10电缆；11输浆管；12水管1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖n“一次喷浆、二次搅拌一次喷浆、二次搅拌”施工流程施工流程 na)定位；b)预埋下沉；c)提升喷浆搅拌；d)重复下沉搅拌；e)重复提升搅拌；f)成桩结束 1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.4 土钉墙支护 土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和喷射砼面板组成，形成一个以土挡土的重力式挡土墙。 土钉墙支护一般适用于地下水位以上或进行人工降水后的可塑、硬塑或坚硬的黏性土，胶结或弱胶结的粉土、砂土和角砾、填土； 采用土钉墙支护的基坑深度不宜超过18m。 工

19、序：编写施工方案及施工准备开挖清理边坡孔位布点成孔安设土钉钢筋注浆铺设钢筋网喷射混凝土面层开挖下一步。 1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.5 基坑（槽）土方量计算 1. 基坑土方工程量计算 基坑土方量可按立体几何中拟柱体(由两个平行的平面作底的一种多面体)体积公式计算即： 102(4)6HVAAA23V=a+mHb+mHH+m H1（）（）31.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1. 基槽土方工程量计算 基槽土方量计算可沿长度方向分段计算： 1102(4)6LVAAA 将各段土方量相加即得总土方量：12nVVVV

20、1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖V=La+mHH（）1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.6 施工排水与降低地下水位 为了保持基坑干燥，防止由于水浸泡发生边坡塌方和地基承载力下降，必须做好基坑的排水、降水工作，常采用的措施是明沟排水法和井点降水法。 1.明排水法 明排水法是一种设备简单、应用普遍的人工降低水位的方法。 施工方法是，开挖基坑或沟槽过程中，遇到地下水或地表水时，在基础范围以外地下水流的上游，沿坑底的周围开挖排水沟，设置集水井，使水经排水沟流入井内，然后用水泵抽出坑外。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 （1）流沙现象形成的原因 流砂：当

21、开挖深度大、地下水位较高而土质为细砂或粉砂时，如果采用集水井法降水开挖，当挖至地下水位以下时，坑底下面的土会形成流动状态，随地下水涌入基坑，这种现象称为流砂。 内因：取决于土壤的性质，当土的孔隙度大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多渗透系数小排水性能差等均容易产生流砂现象。 外因：地下水及其产生动水压力的大小 管涌：当基坑坑底位于不透水土层内，而不透水土层下面为承压蓄水层，坑底不透水土层的覆盖厚度的重量小于承压水的顶托力时，基坑底部即可能产生管涌冒砂现象。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 （2）防治流砂的方法 原则：“治流砂必治水” 具体措施： 1）枯水期施工

22、2）打板桩 3）水中挖土 4）人工降低地下水位 5）地下连续墙法 6）抛大石块，抢速度施工1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 2.井点降水法 在基坑开挖前，预先在基坑周围或基坑内设置一定数量的滤水管（井），利用抽水设备从中抽水，使地下水位降至基坑底以下后才开挖。 方法主要有：轻型井点；喷射井点；电渗井点；管井井点及深井泵井点等。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 （1）.轻型井点n轻型井点(如图所示)就是沿基坑周围或一侧以一定间距将井点管(下端为滤管)埋入蓄水层内，井点管上部与总管连接，利用抽水设备将地下水经滤管进入井管，经总管不断抽出，从而将地下水位降至坑底

23、以下。 n 轻型井点法适用于土壤的渗透系数为0.150m/d的土层中；降低水位深度：一级轻型井点36m，二级井点可达612m。 1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1）轻型井点设备 轻型井点设备由管路系统和抽水设备组成。管路系统包括滤管、井点管、弯联管及总管等。 滤管(如图所示)为进水设备，其构造是否合理对抽水设备影响很大。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 2）.轻型井点的布置n根据基坑（槽）形状，轻型井点可采用单排布置（图

24、a）、双排布置（图b）、环形布置（图c），当土方施工机械需进出基坑时，也可采用U形布置（图d）。n 单排布置适用于基坑、槽宽度小于6m，且降水深度不超过5m的情况，井点管应布置在地下水的上游一侧，两端的延伸长度不宜小于坑槽的宽度。n 双排布置适用于基坑宽度大于6m或土质不良的情况。n 环形布置适用于大面积基坑，如采用U形布置，则井点管不封闭的一段应在地下水的下游方向。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖高程布置当一级井点系统达不到降水深度时，可采用二级井点。iLhHH11.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 3）.轻型井点的计算n水井种类: 无压完整井,无压非完整井

25、,承压完整井,承压非完整井。n 确定井点管数量时，需要知道井点管系统的涌水量。井点管系统的涌水量根据水井理论进行计算。根据地下水有无压力，水井分为无压井和承压井。n 当水井布置在具有潜水自由面的含水层中时（即地下水面为自由面），称为无压井；n 当水井布置在承压含水层中时（含水层中的水充满在两层不透水层间，含水层中的地下水水面具有一定水压），称为承压井。n 当水井底部达到不透水层时称为完整井，否则称为非完整井，各类井的涌水量计算方法都不同。埋设顺序： 先排放总管，再埋设井点管，然后用弯联管把井点管与总管连接，最后安装抽水设备。1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖

26、了解： （ 2）.喷射井点 （ 3）.电渗井点 （ 4）.管井井点1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.7 基坑（槽）开挖 1.确定开挖方案 人工开挖、机械开挖 2.土方开挖原则 开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖 （1）坑边一定距离（一般为1.0m）内不得堆放弃土，在此距离之外堆土高度不超过1.5m。 （2）动载机械设备离开坑边较远距离 （3）机械挖土预留200300mm,人工开挖 （4）超挖部位，回填材料：基土、碎石类、低强度混凝土 1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖3.挖掘机与运土车辆的配合 1）挖掘机的生产率P(m/台班) 2）运土车的数量N 8 3600KcP=qtKs

27、BK12TN=+t t2=nttcs10Qn=qKK1.2基坑（槽）开挖基坑（槽）开挖 1.2.2.8 土方开挖质量要求 开挖工程质量检验标准应符合的规定见表1-7。 土方工程施工，应经常测量和校核其平面位置、水平标高和边坡坡度。平面控制桩和水准控制点采取可靠的保护措施，定期复测和检查。土方不应堆在基坑边坡上。1.3土方回填土方回填n1.3.1 回填前的准备 土方回填前应清除基底的垃圾、树根等杂物，抽除坑穴积水、淤泥，验收基底标高。 如在耕植土或松土上填方，应将基底压实后再进行。1.3土方回填土方回填n1.3.2 土料及确定填土方法 土料选择：符合设计要求，以保证强度和稳定性，尽量采用同类土，否则应分层夯填，且透水性大的置于下部。 （1